高考化学一轮复习学案
专题6 碳、硅及其化合物
【课标要求】
1. 了解单质硅及其重要硅的化合物的主要性质及应用
2. 能综合应用硅及硅的化合物知识
【知识梳理】
1、本考点知识结构：
2、碳族元素：
①碳族元素的特征：碳族元素原子最外层电子数为4，既不容易失去电子，又不容易得到电子，易形成共价键，难形成离子键。碳族元素形成的单质在同周期中硬度最大，熔沸点最高(如金刚石、晶体硅) 。
②碳族元素的化合价：碳族元素的主要化合价有+2，+4，其中铅+2价稳定，其余元素+4价稳定。
③碳族元素的递变规律：从上到下电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引能力减弱，失电子的能力增强，从上到下由非金属递变为金属的变化非常典型。其中碳是非金属，锡、铅是金属，硅、锗是半导体材料。
④碳族元素在自然界里的存在：自然界里碳有游离态和化合态两种；硅在地壳里无游离态，主要以含氧化合物的形式存在。
⑤几种同素异形体：碳：金刚石、石墨、C 60、C 70等；硅：晶体硅，无定形硅。
3、碳：
在常温下碳很稳定，只在高温下能发生反应，通常表现为还原性。
①燃烧反应
②与某些氧化物的反应：C ＋CO 2
2CO ；C ＋2CuO CO 2↑＋2Cu ；
C ＋H 2O
2C+SiO2
③与氧化性酸反应：C ＋2H 2SO 4（浓）
C ＋4HNO 3（浓）
4、一氧化碳： CO ＋H 2O （CO 、H 2的混合气体叫水煤气）； Si+2CO↑ CO 2↑＋2SO 2↑＋2H 2O ； CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O
不溶于水，有毒(CO和血红蛋白结合，使血红蛋白无法和O 2结合，而使细胞缺氧引起中毒) ，但由于CO 无色无味因此具有更大的危险性。
①可燃性
②还原性：CO+CuO
5、二氧化碳：
直线型（O ＝C ＝O ）非极性分子，无色能溶于水，密度大于空气，可倾倒，易液化。固态CO 2俗称干冰，能升华，常用于人工降雨。实验室制法：CaCO 3＋2HCl ＝CaCl 2＋CO 2↑＋H 2O 。
①酸性氧化物一—酸酐
Ca(OH)2＋CO 2＝CaCO 3↓＋H 2O(用于检验CO 2)
②氧化性：CO 2＋C
6、碳酸盐：
①溶解性：Ca(HCO3) 2>CaCO3；Na 2CO 3>NaHCO3。
②热稳定性：Na 2CO 3>CaCO3；碱金属正盐>碱金属酸式盐: Na2CO 3>NaHCO3。 ③相互转化：碳酸正盐
7、硅：
①硅在地壳中只有化合态，没有游离态。其含量在地壳中居第二，仅次于氧，是构成矿物和岩石的主要成分。
②晶体硅是灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体，是半导体，具有较高的硬度和熔点。 ③硅的化学性质不活泼，常温下，只能与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应:Si+2F2＝SiF 4、Si+4HF＝SiF 4+2H2↑、Si+2NaOH+H2O ＝Na 2SiO 3+2H2↑；在加热条件下，能与氧气、氯气等少数非金属单质化合：Si ＋O 2SiO 2。
Si ＋2CO ↑，将制得碳酸酸式盐(除杂用) 2CO ；2Mg ＋CO 22MgO ＋C CO 2＋Cu ，CO+H2O(g)CO 2+H2O ④制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO 2＋2C
的粗硅，再与C12反应后，蒸馏出SiCl 4，然后用H 2还原SiCl 4可得到纯硅。有关的反应为：Si 十2C12SiCl 4、 SiCl 4+2H2Si+4HCl。
⑤硅在高新技术中的应用：高纯硅可作半导体材料，晶体硅还可做光电转换材料及制作DNA 芯片为代表的生物工程芯片。
8、二氧化硅：
①SiO 2为原子晶体，是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。而CO 2通常状况下是气体，固体熔点很低。其差别在于晶体类型不同。CO 2是分子晶体，故熔点很低。
②二氧化硅的化学性质很稳定，不能跟酸(氢氟酸除外) 发生反应。由于它是一种酸性氧化物，所以能跟碱性氧化物或强碱反应。
SiO 2+CaO CaSiO 3、SiO 2+2NaOH＝Na 2SiO 3+H2O(碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中) 。
③二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。
a ．酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸，但二氧化硅却不能直接跟水化合，它的对应水化物(硅酸) 只能用相应的可溶性硅酸盐跟盐酸作用制得：首先让SiO 2和NaOH （或Na 2CO 3）在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠：SiO 2＋2NaOH
Na 2CO
3Na 2SiO 3＋H 2O ，SiO 2＋Na 2SiO 3＋CO 2 ，然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸：Na 2SiO 3+2HCl ===H2SiO 3+2NaCl。
b ．酸性氧化物一般不跟酸作用，但二氧化硅却能跟氢氟酸起反应：SiO 2+4HF＝SiF 4+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中) 。
④光导纤维：从高纯度的SiO 2或石英玻璃熔融体中，拉出的直径约100μm的细丝，称为石英玻璃纤维，这种纤维称为光导纤维。光纤通信是一种新技术，它将光信号在光导纤维中进行全反射传播，取代了电信号在铜线中的传播，达到两地通信的目的。光纤通信优点：信息传输量大，每根光缆可同时通过10亿路电话；原料来源广；质量轻，每千米27克；不怕腐蚀，铺设方便；抗电磁干扰，保密性好。
⑤石英、水晶及其压电效应
石英的主要成分是SiO 2, 可用来制造石英玻璃。石英晶体中有时含有其他元素的化合物, 它们以溶解状态存在于石英中, 呈各种颜色。。纯净的SiO 2晶体叫做水晶, 它是六方柱状的透明晶体, 是较贵重的宝石。水晶或石英在受压时能产生一定的电场, 这种现象被称为“压电效应”。后来这种“压电效应”被应用在电子工业及钟表工业和超声技术上。。
9、硅酸和硅胶：
①硅酸：硅酸有多种形式，如H 4SiO 4、H 2SiO 3、H 2Si 2O 5等。一般用通式xSiO 2·yH 2O 表示，由于“H 2SiO 3”分子式最简单，习惯采用H 2SiO 3作为硅酸的代表。
②硅酸酸性比碳酸还弱，由下列反应可证明：Na 2SiO 3+CO2+H2O ＝H 2SiO 3↓+Na2CO 3 ③硅胶：刚制得的硅酸是单个小分子，能溶于水，在存放过程中，它会逐渐失水聚合，形成各种多硅酸，接着就形成不溶于水，但又暂不从水中沉淀出来的“硅溶胶”。如果向硅溶胶中加入电解质，则它会失水转为“硅凝胶”。把硅凝胶烘干可得到“硅胶”。烘干的硅胶是一种多孔性物质，具有良好的吸水性。而且吸水后还能烘干重复使用，所以在实验室中常把硅胶作为作为干燥剂。
10、硅及其化合物的“反常”
①Si 的还原性大于C ，但C 却能在高温下还原出Si ：SiO 2＋2C
②非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si 却放出H 2：
Si+2NaOH+H2O ＝Na 2SiO 3+2H2↑
③非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si 能与HF 作用：Si+4HF＝SiF 4+2H2↑ Si ＋2CO ↑
④非金属单质大多为非导体，但Si 为半导体。
⑤SiO 2是H 2SiO 3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H 2SiO 3。
⑥酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO 2能跟HF 作用：SiO 2+4HF＝SiF 4+2H2O
⑦无机酸一般易溶于水，但H 2SiO 3难溶于水。
⑧因H 2CO 3的酸性大于H 2SiO 3，所以在Na 2SiO 3溶液中通人CO 2能发生下列反应：Na 2SiO 3+CO2+
H 2O ＝H 2SiO 3↓+Na2CO 3，但在高温下SiO 2+Na2CO 3Na 2SiO 3+CO2↑也能发生。
⑨Na 2SiO 3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液(即水玻璃) 称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。
11、硅酸盐：
①硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，其结构复杂，组成可用氧化物的形式表示。例如：硅酸钠Na 2SiO 3(Na2O ·SiO 2) ；镁橄榄石Mg 2SiO 4(2MgO·SiO 2) ；高岭石
Al 2(Si2O 5)(OH)4(A12O 3·2SiO 2·2H 2O)
②云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。
③人造硅酸盐：主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。
④硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。最简单硅酸盐是硅酸钠，其水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，可作粘合剂，防腐剂。
12、水泥、玻璃、陶瓷：
①普通水泥的主要成分是硅酸三钙（3CaO ·SiO 2）、硅酸二钙（2CaO ·SiO 2）和铝酸三钙（3CaO ·Al 2O 3），水泥具有水硬性，水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。
②制玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英，主要反应是：SiO 2+Na2CO 3
↑、SiO 2+CaCO3Na 2SiO 3+CO2CaSiO 3+CO2↑，玻璃是无固定熔点的混合物。加入氧化钴后的玻璃呈蓝色，加入氧化亚铜后的玻璃呈红色，普通玻璃一般呈淡绿色，这是因为原料中混有二价铁的缘故。
③制造陶瓷的主要原料是黏土，黏土的主要成分：Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O 。
13、无机非金属材料：
无机非金属材料包含除传统陶瓷外的各种性能优异的精细陶瓷：耐高温的二氧化锆（ZrO 2）陶瓷、高熔点的氮化硅（Si 3N 4）和碳化硅（SiC ）陶瓷；透明的氧化铝、砷化镓（GaAs ）、硫化锌（ZnS ）、硒化锌（ZnSe ）、氟化镁（MgF 2）、氟化钙（CaF 2）等氧化物或非氧化物陶瓷；生物陶瓷；超细微粉体粒子制造的纳米陶瓷等。
【实例分析】
【例1】（2010全国卷1）下面关于SiO 2晶体网状结构的叙述正确的是
A ．存在四面体结构单元，O 处于中心，Si 处于4个顶角
B ．最小的环上，有3个Si 原子和3个O 原子
C ．最小的环上，Si 和O 原子数之比为1：2
D ．最小的环上，有6个Si 原子和6个O 原子
【解析】二氧化硅是原子晶体，结构为空间网状，存在硅氧四面体结构，硅处于中心，氧处于4个顶角所以A 项错误；在SiO 2晶体中，每6个Si 和6个O 形成一个12元环（最小环），所以D 对，B 、C 都错误！
【答案】D
【命题意图】考查学生的空间想象能力，和信息迁移能力，实际上第三册课本第一单元里面有结构图！
【点评】怎样理解SiO 2的结构，可从晶体硅进行转化，晶体硅与金刚石结构相似，只需将C 原子换成Si 原子即可，课本上有我直接拿来用，再将Si-Si 键断开，加入氧即可，见：
20%NaOH溶液
调节pH=12.5
但是若将题目中B 、B 、D 三个选项前面分别加上“平均每个”，则本题的答案就又变了，这时就要应用均摊法了，由于每个Si 原子被12个环所共用，每个O 原子被6个环所共用，每个Si-O 键被6个环所共用，则均摊之后在每个环上含有0.5个Si ，1个O ，2个Si-O 键，此时则B 、D 错误，C 正确了，也即在1molSiO 2中含有4 mol Si-O键（这是我们经常考的）。 【例2】 (江苏省扬州市2010届高三四模) 多晶硅（硅单质的一种）被称为“微电子大厦的基石”，制备中副产物以SiCl 4为主，它对环境污染很大，能遇水强烈水解，放出大量的热。研究人员利用SiCl 4水解生成的盐酸和钡矿粉（主要成份为BaCO 3，且含有钙、铁、镁等离子）制备BaCl 2·2H 2O ，工艺流程如下。已知常温下Fe 3+、Mg 2+完全沉淀的pH 分别是：3.4、12.4。
SiCl 4滤渣2·2H 2O 44
（1）SiCl 4水解控制在40℃以下的原因是 。
已知：SiCl 4(s)+H2(g)=SiHCl3(s)+HCl(g) ΔH 1=47 kJ/mol
SiHCl 3(s)+H2(g)=Si(s)+3HCl(g) ΔH 2=189 kJ/mol
则由SiCl 4制备硅的热化学方程式为 。
（2）加钡矿粉时生成BaCl 2的离子反应方程式是 。
（3）加20% NaOH调节pH=12.5，得到滤渣A 的主要成分是 ，控制温度70℃的目的是 。
（4）BaCl 2滤液经蒸发浓缩、降温结晶、过滤，再经真空干燥后得到·2H 2O 。实验室中蒸
发浓缩用到的含硅酸盐的仪器有 种。
（5）为体现该工艺的绿色化学思想，该工艺中能循环利用的物质是 。
【答案】（1）防止HCl 挥发污染环境或控制SiCl 4的水解速率，防止反应过于剧烈。SiCl 4(s)+2H2(g)=Si(s)+4HCl(g) ΔH =236kJ/mol（4分）
（2）BaCO 3+2H+=Ba2++CO2+H2O ↑（2分）
（3）Mg(OH)2、Ca(OH)2，
确保钙离子完全除去（或温度越高，Ca(OH)2溶解度越小）。（2分）
（4）3（2分）
（5）BaCl 2溶液（2分）
【一课一练】
一、选择题(本题包括12小题，每小题4分，共48分)
1. （浙江省绍兴一中2010届高三上学期期末调研）2009年10月6日，瑞典皇家科学院宣布，将2009年物理诺贝尔奖授予英籍华裔科学家高锟，表彰他在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得的突破性成就。光导纤维的主要成分是
（ ） A ．Si
【答案】B
2. （山东省聊城一中2010届高三期末考试）氮化硅（SiN 4）是一种新型陶瓷材料，它高温 B ．SiO 2 C ．H 2SiO 3 D ．Na 2SiO 3
可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制得：3SiO 2+6C+2N2 Si 3N 4+6CO。下列叙述正确的是
（ ） A ．在氮化硅的合成反应中，N 2是还原剂，SiO 2是氧化剂 B ．上述反应中每生成1molSi 3N 4，N 2得到12mol 是电子 C ．若已知上述反应为放热反应，升高温度，其平衡常数增大 D ．若使压强增大，上述平衡向正反应方向移动
【答案】B
3. （河南省内乡一高2010届高三第一次月考）制取下列物质时，不需用石灰石作原料的是（ ）
A ．硅酸 B ．水泥 C ．玻璃 D ．生石灰
【答案】A
4. （2010山东卷13）下列推断正确的是
A ．SiO 2 是酸性氧化物，能与NaOH 溶液反应
B ．Na 2O 、Na 2O 2组成元素相同，与 CO2反应产物也相同
C ．CO 、NO 、 NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在
D ．新制氯水显酸性，向其中滴加少量紫色石蕊试液，充分振荡后溶液呈红色
【解析】酸性氧化物能够跟碱反应，生成盐和水的氧化物，故A 正确，因为
2NaOH+SiO2=Na2SiO 3+H2O,Na 2O 与CO 2反应生成Na 2CO 3,Na 2O 2与CO 2反应除生成Na 2CO 3外，还生成O 2，故B 错；NO 在空气中会发生反应2NO+O2=NO2，故C 错；因为新制氯水中含有HClO, 故滴入少量的紫色石蕊的现象是先变红，后褪色，故D 错。
【答案】A
5．赛伦的化学通式为Si 6－x Al x O x N 8－x ，以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等性能为主要特征，因此，在冶金、机械、光学、医学等领域有重要应用．它属于( )
A ．金属材料 B．有机高分子材料
C ．新型无机非金属材料 D．无机高分子材料
解析：赛伦属于无机物，具备新型无机非金属材料的特征．
【答案】C
6．(2010·东城模拟) 下列四种物质中，不能与水发生反应，但能与碱发生反应的是．
( )
A ．Cl 2 B．CO 2 C ．NO D．SiO 2
解析：A 、B 项均能与水、碱反应，C 项不能与水、与碱反应．
【答案】D
7．(2010·南京模拟) 下列有关Na 2CO 3溶液、Na 2SiO 3溶液的共同点的描述中不正确的是．
( )
A ．水溶液均显碱性
B ．滴入盐酸均有气泡产生
C ．均能与CO 2反应
D ．均不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶保存
【解析】二者水解均呈碱性，故A 、D 正确，均能与CO 2反应生成NaHCO 3、H 2SiO 3， B 项Na 2SiO 3与盐酸反应生成H 2SiO 3，不能放出气泡．
【答案】B
高温8．工业制造金刚砂(SiC)的化学方程式如下：SiO 2＋3C=====SiC ＋2CO↑.在这个氧化还
原反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比是 ( )
A ．3∶5 B．1∶2 C．2∶1 D．1∶1
－4＋2
【解析】在该反应中，3 mol C参加化学反应，生成1 mol的Si C 和2 mol的C O ，所以氧化剂与还原剂均为C ，且物质的量之比为1∶2，B 正确．
【答案】B
9．用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )
【解析】A 项CaCl 2溶液不与CO 2反应，但通入NH 3后溶液变为(NH4) 2CO 3可产生浑浊；
CO 2B 项H 2SiO 3沉淀不溶于过量的CO 2；C 项生成的HClO 漂白品红；D 项CaCO 3――→
NaOH Ca(HCO3) 2――→CaCO 3.
【答案】B
10．下列离子方程式书写不正确的是 ( ) ．
A ．SiO 2与烧碱溶液作用：SiO 2＋2OH ===SiO3＋H 2O
B ．向烧碱溶液中通入足量CO 2：CO 2＋OH ===HCO3
C ．晶体硅与烧碱溶液作用：
Si ＋2OH ＋H 2O===SiO3＋2H 2↑
D ．CaCO 3溶于稀硝酸中：CO 3＋2H ===CO2↑＋H 2O
【解析】SiO 2与CO 2均具有酸性氧化物的性质，均能与碱作用生成盐和水，但CO 2过量时生成碳酸氢盐，故A 、B 正确；单质硅能与NaOH 溶液作用生成Na 2SiO 3同时放出H 2，C 正确；D 项中CaCO 3难溶于水，应写化学式，D 错误．
【答案】D
11．下列事实中能证明碳的非金属性比硅强的是 ( ) ①往Na 2SiO 3溶液中通入CO 2产生白色沉淀 ②石墨是导体，晶体硅是半导体 ③制
高温玻璃过程中发生反应：Na 2CO 3＋SiO 2=====Na 2SiO 3＋CO 2↑ ④CH4比SiH 4稳定
A ．①④ B．②③ C．③④ D．①②
【解析】①说明酸性H 2CO 3＞H 2SiO 3；②③不能说明碳比硅的非金属性强．
【答案】A
12．(2010·海淀模拟) 北京奥运金牌“金玉合璧”(如图) 上的环形玉是产
自新疆的和田玉，和田玉是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐．某种和田玉
的化学成分为Ca 2Mg 3Fe 2(Si4O 11) 2(OH)2，下列有关叙述中正确的是( )
A ．将该和田玉的化学式改写成氧化物的形式表示如下：
2CaO·3MgO·Fe2O 3·8SiO2·H2O
B ．该和田玉能抵抗任何酸或碱的腐蚀
C ．该和田玉中Fe 的化合价为＋2价
D ．该和田玉是由5种氧化物组成的混合物
【解析】A 项应为2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O ，B 项HF 与之可反应，D 项属于纯净物。
【答案】C
二、非选择题(本题包括4小题，共52分)
13．(12分)A 、B 、C 、D 、E 代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如图所示，A
为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似．
2－＋－2－－－－2－
(1)形成单质A 的原子的结构示意图为________，它的最高化合价为________价．
(2)B的化学式(分子式) 为________，B 的晶体类型为____________，B 和碳反应生成A 和E 的化学方程式是__________________________________________________
________________________________________________________________________
(3)C的化学式(分子式) 为________，D 的化学式(分子式) 为________.
【解析】根据“A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质”可确定A 是Si 单质，它可由SiO 2和C 在高温条件下反应制取．
【答案】(1)
(2)SiO2 原子晶体 SiO 2＋2C 高温,Si ＋2CO↑
(3)CaSiO3 Na 2SiO 3
14．(14分) 含A 元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A 元素的一种化合物C 可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C 与烧碱溶液反应生成含A 元素的化合物D.
(1)在元素周期表中，A 位于__________族，与A 同族但相对原子质量比A 小的元素B 的原子结构示意图为________，A 与B 在原子的电子层结构上的相同点是__________________________.
(2)易与C 发生化学反应的酸是________，反应的化学方程式是
_____________________.
(3)将C 与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D. 同时还生成B 的最高价氧化物 E ；将全部的E 与全部的D 在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A 的化合物 F.
①写出生成D 和F 的化学方程式： _____________________________________
________________________________________________________________________. ②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是________. ．
A ．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C ．氧化铝坩锅 D．铁坩锅
(4)100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是______.
【解析】(1)A元素单质可做半导体材料，含A 元素的某化合物是制造光导纤维的原料， 可知A 为硅元素，比硅相对原子质量小的同族元素为碳．
(2)C为SiO 2，能与SiO 2反应的酸只有氢氟酸．
(3)SiO2与Na 2CO 3高温下反应生成Na 2SiO 3和CO 2，故含SiO 2的材料、普通玻璃、石 英玻璃以及Al 2O 3等都能与Na 2CO 3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融 Na 2CO 3.
高温(4)若SiO 2恰好或过量，与CaCO 3反应方程式只有一个，即CaCO 3＋SiO 2=====CaSiO 3
＋CO 2↑.
高温若CaCO 3过量，除发生上述反应外，还会发生反应：CaCO 3=====CaO ＋CO 2↑.总之，
CaCO 3的多少决定了CO 2的产量，可通过以下关系式列式求解：
100 g22.4 L＝m (CaCO3) ＝50 g. m CaCO 311.2 L
50 g混合物中CaCO 3的质量分数：×100%＝50%. 100 g
【答案】(1)ⅣA 最外层均有4个电子，最内层均有2个电子
(2)氢氟酸 SiO 2＋4HF===SiF4↑＋2H 2O
高温(3)①SiO2＋Na 2CO 3=====Na 2SiO 3＋CO 2↑
Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O===Na2CO 3＋H 2SiO 3↓
②ABC (4)50%
15．(14分) (2009·浙江高考) 单晶硅是信息产业中重要的基础材料．通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质) ，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450～500℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅．以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图．
相关信息如下：
a ．四氯化硅遇水极易水解；
b ．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；
c ．有关物质的物理常数见下表：
请回答下列问题：
(1)写出装置A 中发生反应的离子方程式_________________________________
________________________________________________________________________.
(2)装置A 中g 管的作用是________；装置C 中的试剂是_________；装置E 中的h 瓶 需要冷却的理由是__________________________________________________
__________________.
(3)装置E 中h 瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏) 得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是________(填写元素符号) ．
(4)为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe ，再用KMnO 4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是：
5Fe ＋MnO 4＋8H ===5Fe＋Mn ＋4H 2O
①滴定前是否要滴加指示剂？________(填“是”或“否”)，请说明理由
2＋－＋3＋2＋2＋
________________________________________________________________________. ②某同学称取5.000 g 残留物，经预处理后在容量瓶中配制成100 mL 溶液，移取25.00 mL 试样溶液，用1.000×10 mol·L KMnO 4标准溶液滴定．达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00 mL，则残留物中铁元素的质量分数是__________.
【解析】制四氯化硅是由粗硅与Cl 2反应得到的，所以必须先制得Cl 2，因SiCl 4极易水解，所以Cl 2须干燥，再根据表格数据分析提纯SiCl 4的方法．(1)书写的是离子方程式，B 中盛装饱和食盐水除去HCl ，C 用浓H 2SO 4除水以制得干燥纯净的Cl 2；(2)A中用恒压分液漏斗平衡压强，使液体顺利流下；h 瓶用冷却液冷却，主要目的是得到SiCl 4；(3)精馏粗产物得到SiCl 4，温度应控制在57.7℃，此时BCl 3已汽化，但AlCl 3、FeCl 3、PCl 5均残留在瓶中，所以残留杂质元素是Fe 、Al 、P 、Cl ，(4)中①滴定时MnO 4是自身指示剂，终点时变为紫红色且30 s内不变即可读数；②中
5Fe ～MnO 4
5 1 2＋－－－2－1
x 1.000×10－2 mol·L－1·20 mL×10－3 L·mL－1
＝2.000×10 mol －4
x ＝1.000×10－3 mol，从100 mL中取出25 mL，原溶液中n (Fe2＋) ＝4.000×10－3 mol，
4.000×10 mol×56 g·molw ＝×100%＝4.480%. 5.000 g
＋－△2＋【答案】(1)MnO2＋4H ＋2Cl =====Mn ＋Cl 2↑＋2H 2O －3－1(2)平衡压强 浓硫酸 使SiCl 4冷凝
(3)Al、P 、Cl
(4)①否 KMnO 4溶液自身可作指示剂 ②4.480%
16．(12分) 三硅酸镁为白色无味粉末，不溶于水和乙醇，易与无机酸反应．有关部门规定三硅酸镁样品中含水量不超过12.2%为优良级．某化学兴趣小组欲测定三硅酸镁的化学式(可用Mg x Si 3O y ·m H 2O 表示) ，实验步骤如下：
步骤一：取16.6 g 三硅酸镁样品，充分加热至不再分解，冷却、称量，得固体13.0 g. 步骤二：另取16.6 g三硅酸镁样品，向其中加入足量100 mL 4 mol/L的盐酸，充分反应后，过滤、洗涤、灼烧，得固体9.0 g．该固体为空间网状结构，且熔、沸点很高．
(1)通过计算确定Mg x Si 3O y ·m H 2O 的化学式．
(2)该小组测定的三硅酸镁样品是否为优良级？
(3)写出该三硅酸镁样品与盐酸反应的化学方程式．
【解析】(1)由题意知步骤二中得到的固体为SiO 2, 9.0 g SiO2的物质的量为0.15 mol，样品中H 2O 的质量为3.6 g，物质的量为0.2 mol.
设16.6 g三硅酸镁的物质的量为a
Mg x Si 3O y ·m H 2O ～ 3SiO 2 ～ m H 2O
1 3 m
a 0.15 mol 0.2 mol
解得a ＝0.05 mol，m ＝4
16.6 gMg x Si 3O y ·m H 2O 的摩尔质量为：＝332 g/mol 0.05 mol
则24x ＋28×3＋16y ＋18×4＝332 ①
由化合物中化合价代数和为零得2x ＋4×3＝2y ②
联立①②求解得：x ＝2，y ＝8，
所求化学式为Mg 2Si 3O 8·4H2O.
3.6 g(2)样品中水的质量为3.6 g，所以样品中含水量为×100%≈21.7%＞12.2%，故16.6 g
样品不是优良级．
(3)根据反应情况可写出该三硅酸镁样品与盐酸反应的化学方程式为：Mg 2Si 3O 8·4H2O ＋4HCl===2MgCl2＋3H 2SiO 3↓＋3H 2O.
【答案】(1)Mg2Si 3O 8·4H2O (2)否
(3)Mg2Si 3O 8·4H2O ＋4HCl===2MgCl2＋3H 2SiO 3↓＋3H 2O
高考化学一轮复习学案
专题6 碳、硅及其化合物
【课标要求】
1. 了解单质硅及其重要硅的化合物的主要性质及应用
2. 能综合应用硅及硅的化合物知识
【知识梳理】
1、本考点知识结构：
2、碳族元素：
①碳族元素的特征：碳族元素原子最外层电子数为4，既不容易失去电子，又不容易得到电子，易形成共价键，难形成离子键。碳族元素形成的单质在同周期中硬度最大，熔沸点最高(如金刚石、晶体硅) 。
②碳族元素的化合价：碳族元素的主要化合价有+2，+4，其中铅+2价稳定，其余元素+4价稳定。
③碳族元素的递变规律：从上到下电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引能力减弱，失电子的能力增强，从上到下由非金属递变为金属的变化非常典型。其中碳是非金属，锡、铅是金属，硅、锗是半导体材料。
④碳族元素在自然界里的存在：自然界里碳有游离态和化合态两种；硅在地壳里无游离态，主要以含氧化合物的形式存在。
⑤几种同素异形体：碳：金刚石、石墨、C 60、C 70等；硅：晶体硅，无定形硅。
3、碳：
在常温下碳很稳定，只在高温下能发生反应，通常表现为还原性。
①燃烧反应
②与某些氧化物的反应：C ＋CO 2
2CO ；C ＋2CuO CO 2↑＋2Cu ；
C ＋H 2O
2C+SiO2
③与氧化性酸反应：C ＋2H 2SO 4（浓）
C ＋4HNO 3（浓）
4、一氧化碳： CO ＋H 2O （CO 、H 2的混合气体叫水煤气）； Si+2CO↑ CO 2↑＋2SO 2↑＋2H 2O ； CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O
不溶于水，有毒(CO和血红蛋白结合，使血红蛋白无法和O 2结合，而使细胞缺氧引起中毒) ，但由于CO 无色无味因此具有更大的危险性。
①可燃性
②还原性：CO+CuO
5、二氧化碳：
直线型（O ＝C ＝O ）非极性分子，无色能溶于水，密度大于空气，可倾倒，易液化。固态CO 2俗称干冰，能升华，常用于人工降雨。实验室制法：CaCO 3＋2HCl ＝CaCl 2＋CO 2↑＋H 2O 。
①酸性氧化物一—酸酐
Ca(OH)2＋CO 2＝CaCO 3↓＋H 2O(用于检验CO 2)
②氧化性：CO 2＋C
6、碳酸盐：
①溶解性：Ca(HCO3) 2>CaCO3；Na 2CO 3>NaHCO3。
②热稳定性：Na 2CO 3>CaCO3；碱金属正盐>碱金属酸式盐: Na2CO 3>NaHCO3。 ③相互转化：碳酸正盐
7、硅：
①硅在地壳中只有化合态，没有游离态。其含量在地壳中居第二，仅次于氧，是构成矿物和岩石的主要成分。
②晶体硅是灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体，是半导体，具有较高的硬度和熔点。 ③硅的化学性质不活泼，常温下，只能与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应:Si+2F2＝SiF 4、Si+4HF＝SiF 4+2H2↑、Si+2NaOH+H2O ＝Na 2SiO 3+2H2↑；在加热条件下，能与氧气、氯气等少数非金属单质化合：Si ＋O 2SiO 2。
Si ＋2CO ↑，将制得碳酸酸式盐(除杂用) 2CO ；2Mg ＋CO 22MgO ＋C CO 2＋Cu ，CO+H2O(g)CO 2+H2O ④制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO 2＋2C
的粗硅，再与C12反应后，蒸馏出SiCl 4，然后用H 2还原SiCl 4可得到纯硅。有关的反应为：Si 十2C12SiCl 4、 SiCl 4+2H2Si+4HCl。
⑤硅在高新技术中的应用：高纯硅可作半导体材料，晶体硅还可做光电转换材料及制作DNA 芯片为代表的生物工程芯片。
8、二氧化硅：
①SiO 2为原子晶体，是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。而CO 2通常状况下是气体，固体熔点很低。其差别在于晶体类型不同。CO 2是分子晶体，故熔点很低。
②二氧化硅的化学性质很稳定，不能跟酸(氢氟酸除外) 发生反应。由于它是一种酸性氧化物，所以能跟碱性氧化物或强碱反应。
SiO 2+CaO CaSiO 3、SiO 2+2NaOH＝Na 2SiO 3+H2O(碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中) 。
③二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。
a ．酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸，但二氧化硅却不能直接跟水化合，它的对应水化物(硅酸) 只能用相应的可溶性硅酸盐跟盐酸作用制得：首先让SiO 2和NaOH （或Na 2CO 3）在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠：SiO 2＋2NaOH
Na 2CO
3Na 2SiO 3＋H 2O ，SiO 2＋Na 2SiO 3＋CO 2 ，然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸：Na 2SiO 3+2HCl ===H2SiO 3+2NaCl。
b ．酸性氧化物一般不跟酸作用，但二氧化硅却能跟氢氟酸起反应：SiO 2+4HF＝SiF 4+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中) 。
④光导纤维：从高纯度的SiO 2或石英玻璃熔融体中，拉出的直径约100μm的细丝，称为石英玻璃纤维，这种纤维称为光导纤维。光纤通信是一种新技术，它将光信号在光导纤维中进行全反射传播，取代了电信号在铜线中的传播，达到两地通信的目的。光纤通信优点：信息传输量大，每根光缆可同时通过10亿路电话；原料来源广；质量轻，每千米27克；不怕腐蚀，铺设方便；抗电磁干扰，保密性好。
⑤石英、水晶及其压电效应
石英的主要成分是SiO 2, 可用来制造石英玻璃。石英晶体中有时含有其他元素的化合物, 它们以溶解状态存在于石英中, 呈各种颜色。。纯净的SiO 2晶体叫做水晶, 它是六方柱状的透明晶体, 是较贵重的宝石。水晶或石英在受压时能产生一定的电场, 这种现象被称为“压电效应”。后来这种“压电效应”被应用在电子工业及钟表工业和超声技术上。。
9、硅酸和硅胶：
①硅酸：硅酸有多种形式，如H 4SiO 4、H 2SiO 3、H 2Si 2O 5等。一般用通式xSiO 2·yH 2O 表示，由于“H 2SiO 3”分子式最简单，习惯采用H 2SiO 3作为硅酸的代表。
②硅酸酸性比碳酸还弱，由下列反应可证明：Na 2SiO 3+CO2+H2O ＝H 2SiO 3↓+Na2CO 3 ③硅胶：刚制得的硅酸是单个小分子，能溶于水，在存放过程中，它会逐渐失水聚合，形成各种多硅酸，接着就形成不溶于水，但又暂不从水中沉淀出来的“硅溶胶”。如果向硅溶胶中加入电解质，则它会失水转为“硅凝胶”。把硅凝胶烘干可得到“硅胶”。烘干的硅胶是一种多孔性物质，具有良好的吸水性。而且吸水后还能烘干重复使用，所以在实验室中常把硅胶作为作为干燥剂。
10、硅及其化合物的“反常”
①Si 的还原性大于C ，但C 却能在高温下还原出Si ：SiO 2＋2C
②非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si 却放出H 2：
Si+2NaOH+H2O ＝Na 2SiO 3+2H2↑
③非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si 能与HF 作用：Si+4HF＝SiF 4+2H2↑ Si ＋2CO ↑
④非金属单质大多为非导体，但Si 为半导体。
⑤SiO 2是H 2SiO 3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H 2SiO 3。
⑥酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO 2能跟HF 作用：SiO 2+4HF＝SiF 4+2H2O
⑦无机酸一般易溶于水，但H 2SiO 3难溶于水。
⑧因H 2CO 3的酸性大于H 2SiO 3，所以在Na 2SiO 3溶液中通人CO 2能发生下列反应：Na 2SiO 3+CO2+
H 2O ＝H 2SiO 3↓+Na2CO 3，但在高温下SiO 2+Na2CO 3Na 2SiO 3+CO2↑也能发生。
⑨Na 2SiO 3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液(即水玻璃) 称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。
11、硅酸盐：
①硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，其结构复杂，组成可用氧化物的形式表示。例如：硅酸钠Na 2SiO 3(Na2O ·SiO 2) ；镁橄榄石Mg 2SiO 4(2MgO·SiO 2) ；高岭石
Al 2(Si2O 5)(OH)4(A12O 3·2SiO 2·2H 2O)
②云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。
③人造硅酸盐：主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。
④硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。最简单硅酸盐是硅酸钠，其水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，可作粘合剂，防腐剂。
12、水泥、玻璃、陶瓷：
①普通水泥的主要成分是硅酸三钙（3CaO ·SiO 2）、硅酸二钙（2CaO ·SiO 2）和铝酸三钙（3CaO ·Al 2O 3），水泥具有水硬性，水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。
②制玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英，主要反应是：SiO 2+Na2CO 3
↑、SiO 2+CaCO3Na 2SiO 3+CO2CaSiO 3+CO2↑，玻璃是无固定熔点的混合物。加入氧化钴后的玻璃呈蓝色，加入氧化亚铜后的玻璃呈红色，普通玻璃一般呈淡绿色，这是因为原料中混有二价铁的缘故。
③制造陶瓷的主要原料是黏土，黏土的主要成分：Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O 。
13、无机非金属材料：
无机非金属材料包含除传统陶瓷外的各种性能优异的精细陶瓷：耐高温的二氧化锆（ZrO 2）陶瓷、高熔点的氮化硅（Si 3N 4）和碳化硅（SiC ）陶瓷；透明的氧化铝、砷化镓（GaAs ）、硫化锌（ZnS ）、硒化锌（ZnSe ）、氟化镁（MgF 2）、氟化钙（CaF 2）等氧化物或非氧化物陶瓷；生物陶瓷；超细微粉体粒子制造的纳米陶瓷等。
【实例分析】
【例1】（2010全国卷1）下面关于SiO 2晶体网状结构的叙述正确的是
A ．存在四面体结构单元，O 处于中心，Si 处于4个顶角
B ．最小的环上，有3个Si 原子和3个O 原子
C ．最小的环上，Si 和O 原子数之比为1：2
D ．最小的环上，有6个Si 原子和6个O 原子
【解析】二氧化硅是原子晶体，结构为空间网状，存在硅氧四面体结构，硅处于中心，氧处于4个顶角所以A 项错误；在SiO 2晶体中，每6个Si 和6个O 形成一个12元环（最小环），所以D 对，B 、C 都错误！
【答案】D
【命题意图】考查学生的空间想象能力，和信息迁移能力，实际上第三册课本第一单元里面有结构图！
【点评】怎样理解SiO 2的结构，可从晶体硅进行转化，晶体硅与金刚石结构相似，只需将C 原子换成Si 原子即可，课本上有我直接拿来用，再将Si-Si 键断开，加入氧即可，见：
20%NaOH溶液
调节pH=12.5
但是若将题目中B 、B 、D 三个选项前面分别加上“平均每个”，则本题的答案就又变了，这时就要应用均摊法了，由于每个Si 原子被12个环所共用，每个O 原子被6个环所共用，每个Si-O 键被6个环所共用，则均摊之后在每个环上含有0.5个Si ，1个O ，2个Si-O 键，此时则B 、D 错误，C 正确了，也即在1molSiO 2中含有4 mol Si-O键（这是我们经常考的）。 【例2】 (江苏省扬州市2010届高三四模) 多晶硅（硅单质的一种）被称为“微电子大厦的基石”，制备中副产物以SiCl 4为主，它对环境污染很大，能遇水强烈水解，放出大量的热。研究人员利用SiCl 4水解生成的盐酸和钡矿粉（主要成份为BaCO 3，且含有钙、铁、镁等离子）制备BaCl 2·2H 2O ，工艺流程如下。已知常温下Fe 3+、Mg 2+完全沉淀的pH 分别是：3.4、12.4。
SiCl 4滤渣2·2H 2O 44
（1）SiCl 4水解控制在40℃以下的原因是 。
已知：SiCl 4(s)+H2(g)=SiHCl3(s)+HCl(g) ΔH 1=47 kJ/mol
SiHCl 3(s)+H2(g)=Si(s)+3HCl(g) ΔH 2=189 kJ/mol
则由SiCl 4制备硅的热化学方程式为 。
（2）加钡矿粉时生成BaCl 2的离子反应方程式是 。
（3）加20% NaOH调节pH=12.5，得到滤渣A 的主要成分是 ，控制温度70℃的目的是 。
（4）BaCl 2滤液经蒸发浓缩、降温结晶、过滤，再经真空干燥后得到·2H 2O 。实验室中蒸
发浓缩用到的含硅酸盐的仪器有 种。
（5）为体现该工艺的绿色化学思想，该工艺中能循环利用的物质是 。
【答案】（1）防止HCl 挥发污染环境或控制SiCl 4的水解速率，防止反应过于剧烈。SiCl 4(s)+2H2(g)=Si(s)+4HCl(g) ΔH =236kJ/mol（4分）
（2）BaCO 3+2H+=Ba2++CO2+H2O ↑（2分）
（3）Mg(OH)2、Ca(OH)2，
确保钙离子完全除去（或温度越高，Ca(OH)2溶解度越小）。（2分）
（4）3（2分）
（5）BaCl 2溶液（2分）
【一课一练】
一、选择题(本题包括12小题，每小题4分，共48分)
1. （浙江省绍兴一中2010届高三上学期期末调研）2009年10月6日，瑞典皇家科学院宣布，将2009年物理诺贝尔奖授予英籍华裔科学家高锟，表彰他在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得的突破性成就。光导纤维的主要成分是
（ ） A ．Si
【答案】B
2. （山东省聊城一中2010届高三期末考试）氮化硅（SiN 4）是一种新型陶瓷材料，它高温 B ．SiO 2 C ．H 2SiO 3 D ．Na 2SiO 3
可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制得：3SiO 2+6C+2N2 Si 3N 4+6CO。下列叙述正确的是
（ ） A ．在氮化硅的合成反应中，N 2是还原剂，SiO 2是氧化剂 B ．上述反应中每生成1molSi 3N 4，N 2得到12mol 是电子 C ．若已知上述反应为放热反应，升高温度，其平衡常数增大 D ．若使压强增大，上述平衡向正反应方向移动
【答案】B
3. （河南省内乡一高2010届高三第一次月考）制取下列物质时，不需用石灰石作原料的是（ ）
A ．硅酸 B ．水泥 C ．玻璃 D ．生石灰
【答案】A
4. （2010山东卷13）下列推断正确的是
A ．SiO 2 是酸性氧化物，能与NaOH 溶液反应
B ．Na 2O 、Na 2O 2组成元素相同，与 CO2反应产物也相同
C ．CO 、NO 、 NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在
D ．新制氯水显酸性，向其中滴加少量紫色石蕊试液，充分振荡后溶液呈红色
【解析】酸性氧化物能够跟碱反应，生成盐和水的氧化物，故A 正确，因为
2NaOH+SiO2=Na2SiO 3+H2O,Na 2O 与CO 2反应生成Na 2CO 3,Na 2O 2与CO 2反应除生成Na 2CO 3外，还生成O 2，故B 错；NO 在空气中会发生反应2NO+O2=NO2，故C 错；因为新制氯水中含有HClO, 故滴入少量的紫色石蕊的现象是先变红，后褪色，故D 错。
【答案】A
5．赛伦的化学通式为Si 6－x Al x O x N 8－x ，以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等性能为主要特征，因此，在冶金、机械、光学、医学等领域有重要应用．它属于( )
A ．金属材料 B．有机高分子材料
C ．新型无机非金属材料 D．无机高分子材料
解析：赛伦属于无机物，具备新型无机非金属材料的特征．
【答案】C
6．(2010·东城模拟) 下列四种物质中，不能与水发生反应，但能与碱发生反应的是．
( )
A ．Cl 2 B．CO 2 C ．NO D．SiO 2
解析：A 、B 项均能与水、碱反应，C 项不能与水、与碱反应．
【答案】D
7．(2010·南京模拟) 下列有关Na 2CO 3溶液、Na 2SiO 3溶液的共同点的描述中不正确的是．
( )
A ．水溶液均显碱性
B ．滴入盐酸均有气泡产生
C ．均能与CO 2反应
D ．均不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶保存
【解析】二者水解均呈碱性，故A 、D 正确，均能与CO 2反应生成NaHCO 3、H 2SiO 3， B 项Na 2SiO 3与盐酸反应生成H 2SiO 3，不能放出气泡．
【答案】B
高温8．工业制造金刚砂(SiC)的化学方程式如下：SiO 2＋3C=====SiC ＋2CO↑.在这个氧化还
原反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比是 ( )
A ．3∶5 B．1∶2 C．2∶1 D．1∶1
－4＋2
【解析】在该反应中，3 mol C参加化学反应，生成1 mol的Si C 和2 mol的C O ，所以氧化剂与还原剂均为C ，且物质的量之比为1∶2，B 正确．
【答案】B
9．用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )
【解析】A 项CaCl 2溶液不与CO 2反应，但通入NH 3后溶液变为(NH4) 2CO 3可产生浑浊；
CO 2B 项H 2SiO 3沉淀不溶于过量的CO 2；C 项生成的HClO 漂白品红；D 项CaCO 3――→
NaOH Ca(HCO3) 2――→CaCO 3.
【答案】B
10．下列离子方程式书写不正确的是 ( ) ．
A ．SiO 2与烧碱溶液作用：SiO 2＋2OH ===SiO3＋H 2O
B ．向烧碱溶液中通入足量CO 2：CO 2＋OH ===HCO3
C ．晶体硅与烧碱溶液作用：
Si ＋2OH ＋H 2O===SiO3＋2H 2↑
D ．CaCO 3溶于稀硝酸中：CO 3＋2H ===CO2↑＋H 2O
【解析】SiO 2与CO 2均具有酸性氧化物的性质，均能与碱作用生成盐和水，但CO 2过量时生成碳酸氢盐，故A 、B 正确；单质硅能与NaOH 溶液作用生成Na 2SiO 3同时放出H 2，C 正确；D 项中CaCO 3难溶于水，应写化学式，D 错误．
【答案】D
11．下列事实中能证明碳的非金属性比硅强的是 ( ) ①往Na 2SiO 3溶液中通入CO 2产生白色沉淀 ②石墨是导体，晶体硅是半导体 ③制
高温玻璃过程中发生反应：Na 2CO 3＋SiO 2=====Na 2SiO 3＋CO 2↑ ④CH4比SiH 4稳定
A ．①④ B．②③ C．③④ D．①②
【解析】①说明酸性H 2CO 3＞H 2SiO 3；②③不能说明碳比硅的非金属性强．
【答案】A
12．(2010·海淀模拟) 北京奥运金牌“金玉合璧”(如图) 上的环形玉是产
自新疆的和田玉，和田玉是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐．某种和田玉
的化学成分为Ca 2Mg 3Fe 2(Si4O 11) 2(OH)2，下列有关叙述中正确的是( )
A ．将该和田玉的化学式改写成氧化物的形式表示如下：
2CaO·3MgO·Fe2O 3·8SiO2·H2O
B ．该和田玉能抵抗任何酸或碱的腐蚀
C ．该和田玉中Fe 的化合价为＋2价
D ．该和田玉是由5种氧化物组成的混合物
【解析】A 项应为2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O ，B 项HF 与之可反应，D 项属于纯净物。
【答案】C
二、非选择题(本题包括4小题，共52分)
13．(12分)A 、B 、C 、D 、E 代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如图所示，A
为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似．
2－＋－2－－－－2－
(1)形成单质A 的原子的结构示意图为________，它的最高化合价为________价．
(2)B的化学式(分子式) 为________，B 的晶体类型为____________，B 和碳反应生成A 和E 的化学方程式是__________________________________________________
________________________________________________________________________
(3)C的化学式(分子式) 为________，D 的化学式(分子式) 为________.
【解析】根据“A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质”可确定A 是Si 单质，它可由SiO 2和C 在高温条件下反应制取．
【答案】(1)
(2)SiO2 原子晶体 SiO 2＋2C 高温,Si ＋2CO↑
(3)CaSiO3 Na 2SiO 3
14．(14分) 含A 元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A 元素的一种化合物C 可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C 与烧碱溶液反应生成含A 元素的化合物D.
(1)在元素周期表中，A 位于__________族，与A 同族但相对原子质量比A 小的元素B 的原子结构示意图为________，A 与B 在原子的电子层结构上的相同点是__________________________.
(2)易与C 发生化学反应的酸是________，反应的化学方程式是
_____________________.
(3)将C 与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D. 同时还生成B 的最高价氧化物 E ；将全部的E 与全部的D 在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A 的化合物 F.
①写出生成D 和F 的化学方程式： _____________________________________
________________________________________________________________________. ②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是________. ．
A ．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C ．氧化铝坩锅 D．铁坩锅
(4)100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是______.
【解析】(1)A元素单质可做半导体材料，含A 元素的某化合物是制造光导纤维的原料， 可知A 为硅元素，比硅相对原子质量小的同族元素为碳．
(2)C为SiO 2，能与SiO 2反应的酸只有氢氟酸．
(3)SiO2与Na 2CO 3高温下反应生成Na 2SiO 3和CO 2，故含SiO 2的材料、普通玻璃、石 英玻璃以及Al 2O 3等都能与Na 2CO 3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融 Na 2CO 3.
高温(4)若SiO 2恰好或过量，与CaCO 3反应方程式只有一个，即CaCO 3＋SiO 2=====CaSiO 3
＋CO 2↑.
高温若CaCO 3过量，除发生上述反应外，还会发生反应：CaCO 3=====CaO ＋CO 2↑.总之，
CaCO 3的多少决定了CO 2的产量，可通过以下关系式列式求解：
100 g22.4 L＝m (CaCO3) ＝50 g. m CaCO 311.2 L
50 g混合物中CaCO 3的质量分数：×100%＝50%. 100 g
【答案】(1)ⅣA 最外层均有4个电子，最内层均有2个电子
(2)氢氟酸 SiO 2＋4HF===SiF4↑＋2H 2O
高温(3)①SiO2＋Na 2CO 3=====Na 2SiO 3＋CO 2↑
Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O===Na2CO 3＋H 2SiO 3↓
②ABC (4)50%
15．(14分) (2009·浙江高考) 单晶硅是信息产业中重要的基础材料．通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质) ，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450～500℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅．以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图．
相关信息如下：
a ．四氯化硅遇水极易水解；
b ．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；
c ．有关物质的物理常数见下表：
请回答下列问题：
(1)写出装置A 中发生反应的离子方程式_________________________________
________________________________________________________________________.
(2)装置A 中g 管的作用是________；装置C 中的试剂是_________；装置E 中的h 瓶 需要冷却的理由是__________________________________________________
__________________.
(3)装置E 中h 瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏) 得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是________(填写元素符号) ．
(4)为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe ，再用KMnO 4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是：
5Fe ＋MnO 4＋8H ===5Fe＋Mn ＋4H 2O
①滴定前是否要滴加指示剂？________(填“是”或“否”)，请说明理由
2＋－＋3＋2＋2＋
________________________________________________________________________. ②某同学称取5.000 g 残留物，经预处理后在容量瓶中配制成100 mL 溶液，移取25.00 mL 试样溶液，用1.000×10 mol·L KMnO 4标准溶液滴定．达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00 mL，则残留物中铁元素的质量分数是__________.
【解析】制四氯化硅是由粗硅与Cl 2反应得到的，所以必须先制得Cl 2，因SiCl 4极易水解，所以Cl 2须干燥，再根据表格数据分析提纯SiCl 4的方法．(1)书写的是离子方程式，B 中盛装饱和食盐水除去HCl ，C 用浓H 2SO 4除水以制得干燥纯净的Cl 2；(2)A中用恒压分液漏斗平衡压强，使液体顺利流下；h 瓶用冷却液冷却，主要目的是得到SiCl 4；(3)精馏粗产物得到SiCl 4，温度应控制在57.7℃，此时BCl 3已汽化，但AlCl 3、FeCl 3、PCl 5均残留在瓶中，所以残留杂质元素是Fe 、Al 、P 、Cl ，(4)中①滴定时MnO 4是自身指示剂，终点时变为紫红色且30 s内不变即可读数；②中
5Fe ～MnO 4
5 1 2＋－－－2－1
x 1.000×10－2 mol·L－1·20 mL×10－3 L·mL－1
＝2.000×10 mol －4
x ＝1.000×10－3 mol，从100 mL中取出25 mL，原溶液中n (Fe2＋) ＝4.000×10－3 mol，
4.000×10 mol×56 g·molw ＝×100%＝4.480%. 5.000 g
＋－△2＋【答案】(1)MnO2＋4H ＋2Cl =====Mn ＋Cl 2↑＋2H 2O －3－1(2)平衡压强 浓硫酸 使SiCl 4冷凝
(3)Al、P 、Cl
(4)①否 KMnO 4溶液自身可作指示剂 ②4.480%
16．(12分) 三硅酸镁为白色无味粉末，不溶于水和乙醇，易与无机酸反应．有关部门规定三硅酸镁样品中含水量不超过12.2%为优良级．某化学兴趣小组欲测定三硅酸镁的化学式(可用Mg x Si 3O y ·m H 2O 表示) ，实验步骤如下：
步骤一：取16.6 g 三硅酸镁样品，充分加热至不再分解，冷却、称量，得固体13.0 g. 步骤二：另取16.6 g三硅酸镁样品，向其中加入足量100 mL 4 mol/L的盐酸，充分反应后，过滤、洗涤、灼烧，得固体9.0 g．该固体为空间网状结构，且熔、沸点很高．
(1)通过计算确定Mg x Si 3O y ·m H 2O 的化学式．
(2)该小组测定的三硅酸镁样品是否为优良级？
(3)写出该三硅酸镁样品与盐酸反应的化学方程式．
【解析】(1)由题意知步骤二中得到的固体为SiO 2, 9.0 g SiO2的物质的量为0.15 mol，样品中H 2O 的质量为3.6 g，物质的量为0.2 mol.
设16.6 g三硅酸镁的物质的量为a
Mg x Si 3O y ·m H 2O ～ 3SiO 2 ～ m H 2O
1 3 m
a 0.15 mol 0.2 mol
解得a ＝0.05 mol，m ＝4
16.6 gMg x Si 3O y ·m H 2O 的摩尔质量为：＝332 g/mol 0.05 mol
则24x ＋28×3＋16y ＋18×4＝332 ①
由化合物中化合价代数和为零得2x ＋4×3＝2y ②
联立①②求解得：x ＝2，y ＝8，
所求化学式为Mg 2Si 3O 8·4H2O.
3.6 g(2)样品中水的质量为3.6 g，所以样品中含水量为×100%≈21.7%＞12.2%，故16.6 g
样品不是优良级．
(3)根据反应情况可写出该三硅酸镁样品与盐酸反应的化学方程式为：Mg 2Si 3O 8·4H2O ＋4HCl===2MgCl2＋3H 2SiO 3↓＋3H 2O.
【答案】(1)Mg2Si 3O 8·4H2O (2)否
(3)Mg2Si 3O 8·4H2O ＋4HCl===2MgCl2＋3H 2SiO 3↓＋3H 2O